Forschungsfortschritt von Aramid flexiblen Stichmaterialien

Mechanismus der Stichwiderstand in flexiblen Anti-Stechen-Materialien

Im Gegensatz zu starre Anti-Stabbing-Materialien bestehen flexible Anti-Stechen-Materialien typischerweise aus mehreren Schichten von Hochleistungsverbundwerkstoffen. Während der Penetration durch eine Klinge widersetzt sich das zusammengesetzte Gewebe im flexiblen Material durch die Verwendung von Reibung, Zugverformung und anderen Mechanismen, wodurch letztendlich die Energie des Stichwerkzeugs aufgelöst und seine Spitze sicher einrastet.

Der STAB -Widerstandsprozess umfasst die folgenden Phasen:

• Erstkontakt:Wenn die Klinge den Stoff zum ersten Mal kontaktiert, übt sie eine Kraft aus, die mit der Stoffstruktur interagiert. Gewebte, gestrickte oder nicht gewebte Stoffe zeigen alle eine gewisse Enge und erzeugen eine Verformung, um eine weitere Penetration zu beeinträchtigen, bis das Material seine Verformungsgrenze erreicht.
• Reibung und Scherkräfte:Die Kante der Klinge hat eine bestimmte Breite, erzeugt Zugkräfte entlang der horizontalen Ebene des Stoffes und die Scherkräfte in der vertikalen Ebene. Die Zugkräfte führen dazu, dass sich Fasern verschieben und den Schlitz vergrößern, während Scherkräfte zu Faserbrüchen führen und die Öffnung weiter erhöhen.
• Vollständige Penetration:Unter der kombinierten Wirkung von Zug- und Scherkräften ist der Stoff letztendlich durchbohrt.

Um wirksam zu sein, müssen Anti-Stechen-Materialien sowohl der Zug- als auch den Scherkräften widerstehen, wobei die Scherresistenz der dominierende Faktor ist.

Basisstrukturen flexibler Aramid-Anti-Stechen-Materialien

1.Aramid unidirektionaler Stoff:
Der unidirektionale Stoff ist durch geradlinige, nicht geschwenkte Fasern in einer einzigen Richtung gekennzeichnet. Es hat keine Interlacing -Punkte auf der Oberfläche, sodass sich die Spannungswellen ohne Reflexion ausbreiten können, was eine schnelle Energieabsorption ermöglicht. Aramid unidirektionales Gewebe ist ein flexibles Material, das orthogonal (0 °/90 °) mit Klebstoffen üblicherweise laminiert ist, um die Stichwiderstand zu verbessern. Klebstoffe dienen dazu, die Fasern festzulegen und die Penetrationstiefe zu verringern.
Zum Beispiel haben Wu Zhongwei et al. modifiziertes Aramid unidirektionales Gewebe mit wässrigem Polyurethanharz zur Entwicklung flexibler Anti-Stechen-Materialien. Sie optimierten den STAB-Widerstand, indem sie Rohstoffmengen, Druck und Temperatur einstellten und eine Oberflächendichte von 7,65 kg/m² erreichten und die GA68-2008 STAB-Widerstandsstandards erfüllen. Aufgrund der Verwendung von Klebemodifikatoren hatte das resultierende Material jedoch eine schlechte Flexibilität, was es für flexible Anti-Stich-Kleidungsstücke ungeeignet machte.

2.Nicht gewebter Aramid-Stoff:
Im Gegensatz zu unidirektionalen Stoffen, die nicht gewossen werdenAramidstoffeFühren Sie zufällig orientierte Fasern auf und bieten isotrope Eigenschaften und dichtere Strukturen. Diese Eigenschaften bieten einen besseren Widerstand gegen scharfe Gegenstände. Nicht gewebte Stoffe sind auch einfacher zu produzieren, umweltfreundlich und energieeffizient.
Beispielsweise haben Li TT und Kollegen Kevlar-Fasern mit Polypropylenfasern in einem Gewichtsverhältnis von 70:30 unter Verwendung von Nadelstanzen und heißem Drücken, um Kevlar/PP-Verbundverbundstoffe zu erzeugen, mit Nadelstämmen gemischt. Bei einer heißen Pressemperatur von 170 ° C zeigte das Material einen hervorragenden Stichwiderstand. Die lose interne Faseranordnung und die schwache Bindungskraft von nicht gewebten Stoffen begrenzen jedoch ihren Gesamtabschnittswiderstand, wenn sie unabhängig verwendet werden.

3.Aramid gewebter Stoff:
Aramid gewebte Stoffe werden durch Interlacing Warp und Schussgarne gebildet, wodurch eine enge Struktur erzeugt wird, die die Durchdringung effektiv behindert.

• Einfaches Gewebe: Merkmale parallele Garne und enge Strukturen, die eine ausgewogene Festigkeit bieten.
• TWILLEWEAVE: Verwendet kohigere Garne und lockere Strukturen, typischerweise für schwere Stoffe.
• Satin Weave: hat weniger Interlacing -Punkte, wodurch Fasern zum Schlupf unter Gewalt anfällt.
  Während gewebte Stoffe eng miteinander verbunden sind, vergrößert sich die Öffnung erheblich, sobald die Klinge durch die Warp- oder Schussgarne abschneidet, wodurch der Stichwiderstand verringert wird.

4.Aramid -gestrickter Stoff:
Aramid -gestrickte Stoffe bestehen aus Schleifen und Wales. Wenn eine Klinge eindringt, gleiten die Schleifen, an den angrenzenden Schleifen und zunehmender Reibung zwischen Fasern, wodurch die weitere Durchdringung behindert wird. Während dieses Anziehungsprozesses wird eine gewisse Wirkungsenergie absorbiert. Sobald die Schleifen vollständig gespannt sind, erreicht der Stoff einen "selbstsperrenden" Zustand und verhindert eine weitere Durchdringung.
Li-Ning und Kollegen untersuchten das "sich selbst gesperrte" Phänomen in gestrickten Stoffen und stellten fest, dass Rippenstrukturen den besten Stichwiderstand boten, gefolgt von einfachen Schussstricks und Purl-Stricks. Die Abfolge der geschichteten Strukturen beeinflusste auch die Leistung, wobei Rippenstrukturen auf der äußersten Schicht platziert wurden, die optimale Ergebnisse erzielten.

Modifikation von Aramid flexiblen Anti-Stichmaterialien

3.1 Oberflächenbeschichtungsmodifikation

Beschichtungspartikel oder dünne Filme auf der Oberfläche von Aramidfasern verbessert die Reibung zwischen den Fasern und verbessert ihre Resistenz gegen Stiche durch stumpfe scharfe Metallklingen durch Abrieb. Zum Beispiel haben Nayak R et al. Aufgetragene Borcarbidpartikel zum ModifizierenAramid 1414 StoffOberflächen, die eine stechende Widerstandskraft von 14 N in einer Penetrationstiefe von 17 mm im Vergleich zu nur 4 N für unbeschichtete Stoff erreichen. Der verbesserte Penetrationswiderstand wurde auf die zusätzliche Schutzwirkung der Beschichtung zurückzuführen. In ähnlicher Weise haben Javaid Mu et al. untersuchte den Anti-Stich-Mechanismus von mit SiO₂ beschichteten Stoffen. Unbeschichtete Stoffe zeigten isolierte Wechselwirkungen zwischen Garnen und Klinge, was zu einem einfachen Schnitt führte. Im Gegensatz dazu erhöhten Sio₂ -Beschichtungen die Reibung zwischen Garnen, reduzierten die Verschiebung des Garns und verbesserten die Resistenz gegen Stiche.

Hardkeramikbeschichtungen in Kombination mit hochfesten Stoffen verhindern auch das Eindringen von externen Auswirkungen. Zum Beispiel haben Gadow R et al. Aufgetragene Metallkeramik- und Oxid -Keramikbeschichtungen auf Aramidenstoffe unter Verwendung thermischer Sprühtechniken. Statische Stichproben zeigten eine signifikant verbesserte Anti-Stich-Leistung für Stoffe mit harten Keramikbeschichtungen. Bio -Harze wurden auch für Beschichtungsänderungen eingesetzt. Zum Beispiel haben Zhuang Q et al. Zubereitete Aramidgewebe-/Epoxidharz-Verbundwerkstoffe, wodurch die Penetrationstiefe von 37,3 mm auf 4,8 mm verringert wird, wodurch die Anti-Stich-Leistung signifikant verbessert wird. Der Effekt wurde mit mehrschichtigen Verbundwerkstoffen weiter verstärkt.

Anorganische Nanopartikel und organische Harze werden häufig synergistisch kombiniert, um die Anti-Stechen-Leistung von flexiblen Aramidmaterialien zu verbessern. Zum Beispiel haben Xia Minmin et al. entdeckte, dass Borcarbid/Epoxidharz-Harz-Aramid 1414-Stoffe die Tränenfestigkeit von 50 n auf ungefähr 300 N. Rubin W et al. erhöhten. Beschichtete Aramidfasern mit Siliziumcarbid in einer Vinylesterharzmatrix, die eine optimale Anti-Stich-Leistung bei 20 Gew .-% Siliziumkarbidgehalt erzielen. In ähnlicher Weise haben Xiayun Z et al. entwickelten flexible Anti-Stechen-Materialien durch Beschichtung von Aramidstoffen mit thermoplastischem Polyurethan/Siliciumdioxid/Scherdickelflüssigkeit (STF). Stoffe, die mit einer Lösung mit einer 3% igen Siliciumdioxid -Lösung beschichtet waren, zeigten eine hohe Resistenz gegen Messer- und Punktionskräfte.

3.2 Imprägnierungsmodifikation mit Scherdickerflüssigkeit (STF)

STF ist eine nicht-Newton-Flüssigkeit, die aus dispergierten Phasen und Medien besteht. Wenn mit STF modifizierte Aramidfasern externen Kräften ausgesetzt sind, nimmt die Viskosität des STF stark zu, verhält sich wie ein Feststoff und bietet Anti-Stich-Schutz. Sobald die Kraft entfernt ist, kehrt die Viskosität in ihren anfänglichen flüssigen Zustand zurück und bietet Flexibilität für Schutzmaterialien. Li Danyang et al. Herstellende flexible Anti-Stich-Materialien durch Imprägnieren von Aramidenstoffen mit STF. Sie fanden signifikante Verbesserungen der Anti-Stechen-Leistung über verschiedene Stoffstrukturen hinweg, wobei mehr Verbesserungen mit erhöhten Stoffwechselspitzen beobachtet wurden.

Die Art, die Partikelgröße, der Gehalt und die Oberflächenmodifikation von Nanopartikeln in STF beeinflussen auch die Gewebeleistung. Zum Beispiel haben Li et al. Verwendete SiO₂-Partikel mit Durchmessern von 12 nm und 75 nm als dispergierte Phasen sowie mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren (MWCNTs), um STF/MWCNT-Verbundwerkstoffe herzustellen. Mit 12 nm SiO₂ -Partikeln imprägnierte Aramidstoffe zeigten im Vergleich zu denen mit 75 -nm -Partikeln eine überlegene Messerresistenz. Zhang Wangyang et al. fanden heraus, dass reine Aramidstoffe eine Ladung von 73 N in einer stechenden Tiefe von 30 mm dauerten, während STF-imprägnierte Stoffe, die 30% SiO₂ und 70% PEG enthielten, unter statischen Bedingungen die höchste Anti-Stechen-Festigkeit erreichten.

Trotz der Wirksamkeit von STF -Modifikationen können sie Atmungsaktivität und Feuchtigkeitsdurchlässigkeit verringern und den Komfort während des Verschleißes beeinflussen.

3.3 Modifikation für Harzverbundstoffverbundstoff

Aramid-Resin-Verbund-Anti-Stabbing-Materialien kombinieren die hohe Festigkeit und den Modul von Aramidfasern mit den multifunktionalen Eigenschaften von Harzmatrizen. Mayo JB et al. fanden heraus, dass thermoplastische Harze (Polyethylen, Polymethylmethacrylat und Polyethylen-methylmethacrylat-Copolymere) die Anti-Stechen-Leistung von JSP 706 Kevlar-Fasern signifikant verbesserten. Durch Einstellen von Harztypen und Dicken wurden Stoffe mit unterschiedlichen Anti-Stich-Eigenschaften erhalten.

Liu Yulong kombinierte Sio₂ -Nanopartikel mit Surlyn Resin zur zusammengesetzten Modifikation von Aramidfasern. Bei einem Harzgehalt von 33 Gew .-%wurden 36 Schichten benötigt, um 24 J Energie standzuhalten, während bei einem Harzgehalt von 44 Gew .-%nur 30 Schichten erforderlich waren. Kim H et al. beobachtete, dass Polyethylen mit niedriger Dichte (LDPE) den Anti-Penetrationsprozess von Kevlar-Stoffen effektiver verstärkte als Epoxidharz, obwohl die Leistung von LDPE auf die anfänglichen Stadien der Penetration beschränkt war.

Die Stapelmethode von Harz- und Aramidstoffen beeinflusst auch die Leistung. Zum Beispiel haben Chen Li und Wang Botao Polyurethan mit Nassbeschichtung, Übertragungsbeschichtung und trockenen Direktbeschichtungsmethoden auf Aramid -Plattengewebe aufgetragen. Unter diesen lieferte die Transferbeschichtungsmethode die beste Anti-Stechen-Leistung.

3.4 Modifikation für Faserverbundstoff

Das Mischen von Aramidfasern mit anderen Fasern unter Verwendung von Kern-Spun-Garn-Techniken ist eine weitere Methode zur Erzeugung von flexiblen Anti-Stechen-Materialien mit leistungsstarker Leistung. Zum Beispiel haben Tien DT et al. untersuchten gewebte Stoffe aus Aramid-Rohrkotton-Kern-Spun-Garnen mit unterschiedlichen Oberflächendichten. Wenn das Gewichtsverhältnis von Aramid zu Baumwolle 1: 2,5 betrug und die Kett- und Schussdichten 16,4 Fäden/cm bzw. 8,4 Fäden/cm betrugen, zeigten die Materialien eine hervorragende Tragebarkeit und eine verbesserte Anti-Stechen-Leistung.

Die Anzahl und Anordnung von Faserschichten beeinflusst auch die Leistung. Du Lingling et al. untersuchte den Einfluss von Stapeln von Schichten auf die Anti-Stechen-Eigenschaften von Stoffen aus Aramid-Grundnahrungsmitteln und Edelstahlfilamenten. Sie fanden heraus, dass die Anzahl der Schichten die Messerwiderstand verbesserte.

Abschluss

Derzeit werden gewebte, gestrickte, nicht verwobene und unidirektionale Stoffe aus Aramidfasern verwendet, um flexible Anti-Stich-Materialien zu erzeugen. Modifikationsmethoden wie Harzverbundwerkstoffe, Oberflächenbeschichtungen und STF-Imprägnierungen verbessern die Leistung von Textilprodukten leistungsstarke Produkte und treiben die Fortschritte bei flexiblen Aramid-Flexibilen. Hohe Kosten und reduzierter Komfort aufgrund bestimmter Veredelungsmethoden bleiben jedoch vorhersagen.

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